| 研究課題/領域番号 |
19K12175
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分61050:知能ロボティクス関連
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| 研究機関 | 香川高等専門学校 |
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研究代表者 |
山崎 容次郎 香川高等専門学校, 機械工学科, 教授 (60259942)
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| 研究分担者 |
逸見 知弘 川崎医療福祉大学, 医療技術学部, 准教授 (00413849)
滝 康嘉 香川高等専門学校, 電子システム工学科, その他 (00455180)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 人形浄瑠璃 / 文楽ロボット / 対数螺旋曲線 / 左腕機構 / 二峰性 / 移動機構 / 分散統合制御 / もみじ手 / ２自由度パラレルリンク / ２次フィルタ / 動作生成 / 補間曲線 / リマソン曲線 / マクスウェル分布 / 予備動作 / バネ・ダンパーモデル / 人形浄瑠璃らしさ / 四節リンクアーム / パスカルの蝸牛形 / 人間機械協調 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，人々が容易に「文楽（人形浄瑠璃）」に触れ体験できる「一人で操作できる文楽ロボット」を開発する。すなわち，人形の情緒豊かな頭と右腕は人が操作し，左腕や足が頭と右腕の動きに合わせて自動で動く文楽ロボットを開発する。特に，パスカルの蝸牛形を用いて左腕を人間らしく動かし，また「人間らしい動きの評価関数」を導出する。その成果は，文楽の技術伝承や楽器との協演に寄与し，さらに人間共存型ロボットにも応用できる。
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| 研究実績の概要 |
本年度は，(1)文楽ロボットの分散統合制御システムの開発，(2)人形の脚動作の分析と文楽ロボット脚機構の制御，(3)移動機構と脚機構の協調制御，(4)左腕機構における曲率が反転する軌跡の生成，について取り組んだ。ロボコン経験のある学生の協力を仰ぎ，成果の一部は2023年2月開催の電気学会スマートシステムと制御技術シンポジウムで発表した。
まず，(1)については，胴体，左腕，脚機構と移動機構を統合制御するメインマイコンを設け，計測・制御用マイコンやセンサについても見直しを図った。移動機構には実際の移動距離を計測できる計測輪を設け，動作切り替え用スイッチも一部増設した。下記に示すように，左腕を除いた全身の分散統合制御が実現できた。
(2)については，徳島県立阿波十郎兵衛屋敷において阿波十郎兵衛座の協力も得て，定常歩行，足踏み，段差乗り越え，正座移行時の動画を改めて撮影し，ヒアリングも行った。そして，人形の足先の軌跡に近い歩行曲線を定式化した。さらに速度特性も検討し，歩行曲線の媒介変数の時間変化率を可変し，歩行速度を可変できる制御手法を考案した。
(3)については，胴体機構に搭載したIMUセンサとロータリーエンコーダで計測した胴体のロール・ピッチ・ヨー角の偏差と全方向移動機構の指令速度に対してPID制御系を構築した。さらに移動機構の指令速度に応じて歩行曲線の時間変化率を可変させることにより，移動と歩行動作の協調制御を実現させ，操作者（主遣い）の意図に応じて前進・旋回ができることを計測輪の出力から確認した。
(4)では，対数螺旋曲線の曲率を途中で反転させた手先軌跡の生成手法を検討した。定式化を見直しパラメータに応じて曲線を生成できるようになったが，パラメータが多い。そのため，任意の通過点を指定した後に最適化手法を用いて曲線を生成する方法を検討したが，計算が収束しない場合があり未完である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
前年度までは主に左腕機構の動作について研究を行い，対数螺旋曲線を適用し，二峰性の確認とその模倣についての制御法を提案した。本年度は，主に胴体機構，脚機構，そして移動機構を製作し，それらの機構の分散統合制御あるいは協調制御について研究を行ってきた。これにより，演目中の一連の動作のうち，人形「お鶴」の歩行による移動や正座を行う時の姿勢を操作者一人で行うことができるようになり，左腕機構を除く全身の分散統合制御あるいは協調制御について一定の成果が得られた。しかし，阿波十郎兵衛屋敷での撮影やヒアリングが遅れたこともあり，論文の執筆・投稿までには至っていない。左腕機構においても，操作者（主遣い）の動きとの同期制御や分散統合制御システムへ組み込むまでに至っておらず，曲率を反転させた手先軌跡の実機実験も次年度に見送ることとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
人形の脚動作の分析と，文楽ロボットの移動機構と脚機構の分散統合制御あるいは協調制御について，一定の成果が得られたため，電気学会の電子・情報・システム部門の論文誌に投稿する。また，これまでの動画解析の結果から，人形の左腕の動作については，人形の頭や体幹に連動して左腕を操作していることや，その左腕の動作中には手先速度に二峰性が見られることが分かっている。これらの研究成果を文楽ロボットの左腕アームの動作に適用し，実験結果と合わせて論文にまとめたい。さらに，左腕のもみじ手（女性の人形の手）についても機構を改良し，左腕ともみじ手との協調制御を行うと共に，左腕機構の分散統合制御システムへの組み込みに関して取り組む。そして，文楽ロボットに関する研究の総まとめを行う。また，研究成果をまとめ研究室のホームページで公開する。
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